KR970006797B1 - 자기헤드용 비자성 세라믹 기판재료 - Google Patents

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내용 없음.

Description

자기헤드용 비자성 세라믹 기판재료

본 발명은 자기 헤드용 비자성 세라믹 기판에 관한 것으로, 특히 비자성 세라믹기판을 금속자성막의 열팽창 계수에 근접하는 범위 내의 재료로 하여 금속자성박막의 박리, 쪼개짐 등의 발생을 억제하고 테이프 주행시 헤드의 습동내마모성을 향상시킴과 함꼐 여타의 물리적 성질도 부여하여 자기 헤드 수명을 연장하는데 적합한 비자성 세라믹 기판재료에 관한 것이다.

최근 차세대 기기인 HD-VCR의 개발 진행과 Hi-8VCR, DAT 등의 개발에 따라 이들에 사용되는 자기 헤드는 고밀도 기록의 증가로 고포화 자속밀도의 헤드가 요구되고 있다.

또한 이에 사용되는 헤드는 고속 주행이 요구되기 때문에 헤드의 내마모성을 비롯한 장수명화가 중요시 되고 있다.

종래에 사용되던 Mn-Zn 페라이트 단결정 소재는 고주파에서 전자기 특성이 미약하고, 내마모성도 약하다.

따라서 최근에는 내마모성이 우수한 티탄산바륨(BaTiO₃), 티탄산칼슘(CaTiO₃), 알루미나계(Al₂O₃) 등과 같은 비자성 세라믹 기판에 포화자속밀도가 높은 센더스트(sendust), Fe-Ni, Co-Nb-Zr계 등의 금속자성막을 증착시킨 자기 헤드가 사용되고 있다.

그러나 상기한 비자성 세라믹 기판의 열팽창 계수는 90~100×10^-7/℃인데 반해 금속성 박막의 열팽창 계수는 120~150×10^-7/℃로서 이들의 열팽창 계수 차이에 따라 금속자성막의 박리, 쪼개짐, 깨짐 등이 발생하여 가공 수율을 비롯한 자기 헤드의 전자 기적 특성을 저하시키는 등 헤드의 수명을 단축시켰다.

이러한 문제들을 해결하기 위해 산화물계 세라믹 비자성 기판의 연구 개발이 진행되고 있다.

이러한 문제들을 해결하기 위해 산화물계 세라믹 비자성 기판의 연구 개발이 진행되고 있다.

일본 공개 특허 평 2-296765에서는 MnO 51~66mol%, NiO 34~39mol%를 포함한 암염형 구조를 가진 것에 CaO, Y₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃중에서 1종 또는 2종 이상을 1~15mol% 함유한 비자성 기판 재료가 알려지고 있다.

이 기판재료는 기공함유율이 감소되고 있으며 첨가제의 첨가로 소결성이 향상되고있다.

이와 같은 기판의 재료는 상기의 원료를 배합하여 순수 중에서 12~24시간 혼합하고, N₂분위기중 900℃에서 4시간 가소후 볼밀중에서 분쇄하여 33×40×14mm의 블록(Block) 형상을 3ton/cm²의 압력으로 성형하여 N₂분위기중 1330℃에서 6시간 소결을 행한 후 Ar분위기중 1000atm에서 1200℃, 1시간 HIP처리를 행하고 있다.

이렇게 제조된 기판의 열팽창 계수는 100×10^-7/℃이하로서 상기에서 언급한 티탄산바륨등의 비자성 세라믹 기판보다는 금속자성막의 열팽창 계수에 다소 근접하고는 있으나 일치 내지는 유사하지 않고 있지 않음과 함께 충분한 내마모성이 부족하다.

또한 일본 공개 특허 평 2-69345에서는 MnO 65-90mol%, 1MO₂10~35mol%(1M은 Ti 또는 Zr 또는 Hf임)가 주조성으로서 열팽창 계수는 100~125×10^-7/℃ 값을 나타내어 금속자성박막에 근접하려 하고 있으며 마모 특성을 가졌기 때문에 테이프 주행시 편마모를 방지하고 있다.

이와 같은 기판의 제조는 상기한 원료를 볼밀로 16시간 혼합후 건조하여 바인더와 물을 가해 정수압 프레스로 2ton/cm²로 성형한 후 산소 가스 분위기 1300℃에서 4시간 소결후 다시 열간 정수압 프레스로 1150℃에서 2시간 1000kg/cm²의 압력을 가한 후 서냉하고 있다.

그러나 이것 역시 열팽창 계수가 티탄산바륨등의 비자성 세라믹 기판과 상기 일본 공개 특허 평 2-296765보다는 금속자성박막에 보다 근접하고는 있으나, 만족하지 못하고 있는데, 그 제조 방법이 복잡화되는 등의 문제점이 있다.

이에 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 기판 재료의 조성물 및 그 조성비를 달리하고 그 제조 공정 역시 달리하여 기판의 열팽창 계수를 금속자성막의 열팽창 계수에 근접되게 함과 함께 내마모성이 저하되지 않고 여타의 물리적 특징을 갖는 자기 헤드용 기판을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하 본 발명을 설명한다.

본 발명의 비자성 세라믹 기판재료는 MnO 15-45mol%, NiO 25-65mol%, TiO₂10-30mol%로 조성되거나 또는 여기에 Al₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂, CaO, SiO중에서 1종 또는 2종 이상을 0.5~5.0중량% 첨가하여 이루어진다.

이와 같은 구성에서 MnO는 열팽창 계수가 136×10^-7/℃ 정도인데, MnO의 사용량이 15mol% 미만이 되면 열팽창 계수가 100×10^-7/℃ 이하로 되고, 45mol% 이상이 되면 거대입성장이 발생하여 결정립의 크기가 8㎛이상으로 성장하게 되어 헤드 가공시 기계 가공성이 저하되고 칩핑(chipping) 현상이 발생한다.

따라서, 그 범위를 15-45mol%로 하였다.

NiO는 고온에서 암염형 구조를 가진 물질로 열팽창 계수가 130×10^-7/℃인데, NiO가 25mol%미만이 되면 열팽창 계수가 100×10^-7/℃ 이하로 되고, 65mol% 이상으로 되면 소결 특성이 악화되고 내마모성이 저하된다.

따라서 그 범위를 25-65mol%로 하였다.

TiO₂는 열팽창 계수가 100×10^-7/℃ 되는 산화물로 TiO₂가 10mol% 미만이 되면 내마모성이 약화되고 30mol%이상이 되면 열팽창 계수가 저하되어 금속자성박막 증차기 박리, 깨짐 등의 발생이 현저히 증가한다.

따라서 그 범위를 10-30mol%로 하였다.

또한 본 발명의 다른 하나는 상기한 조성물에 첨가제로서 Al₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂, CaO, SiO₂중에서 1종 또는 2종 이상을 0.5~5.0중량% 첨가하여서 된 기판으로도 이루어질 수 있다.

여기서 Al₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂는 결정 성장을 억제하는 효과에 있어 소결을 촉진하여 경도를 증가시키거나, 그 첨가량이 0.5중량% 미만 첨가 시는 효과가 나타나지 않고 5중량% 이상일 때는 주성분인 NiO와 스피넬(spinnel)을 형성하여 자성박막을 입혔을 때 자기 특성을 저하시킨다.

CaO는 소결을 촉진하여 경도가 증가하나 그 첨가량이 0.5중량% 미만이면 효과가 없고 5중량% 이상이면 열팽창 계수가 낮아지게 되어 금속자성박막과의 열팽창 계수 차이가 커진다.

SiO₂는 NiO와 결합성이 양호하게 작용하여 소결밀도를 증가시키나 0.5중량% 미만이면 효과가 없고 5중량% 이상이면 입계부분에 편석이 발생하여 경도와 열팽창 계수를 저하시킨다.

본 발명의 제조 방법은 순도 99% 이상의 MnCO₃, NiO, TiO₂분말을 각각 15~45mol%, 25~65mol%, 10~30mol%를 계산하고 칭량하여 알루미나 볼밀(Ball Mill)에서 순수를 가해 24~48시간 습식밀링(Milling)한다.

건조후 대기 중에서 900~1100℃로 1~3시간 가소를 행한 후 100~200um 정도로 분쇄하고 다시 순수와 바인더(PVA)를 넣고 알루미나 볼밀에서 48~72시간 습식 볼밀링을 행한다.

바인더는 PVA를 3~6wt% 첨가한다.

건조후 200메쉬(Mesh)의 체(Sievo)로 분급한 다음 100~200kg/cm²의 압력으로 CIP(Cold Isotrapic Press)를 행하여 시판을 제작한다.

이것을 대기중 또는 질소분위기하에서 1200~1450℃ 범위에서 2~4시간 상압 소결을 행한다.

또는 이것을 다시 100~500kg/cm²압력으로 대기중에서 또는 질소분위기하에서 110~1300℃로 1~10시간 핫 프레싱(Hot Pressing)을 행하여 비자성 세라믹기판을 얻는다.

또한 첨가제로 99% 이상의 Al₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂, CaCO₂, SiO₂중 1종 또는 2종 이상이 0.5~5.0wt%의 분말을 상기 주성분에 혼합하여 상기와 같은 방법으로 원료 처리를 하여 비자성 세라믹 기판을 얻는다.

이렇게 얻어진 기판을 각각의 물성측정을 행한 결과 상대 소결밀도가 99% 이상되고 열팽창 계수는 상온에서 500℃까지 범위에서 120~140×10^-7/℃이므로 종래에 비해 최소치로서 10~33%의 증진된 값을 가진다.

이 값은 금속자성박막의 120~150×10^-7/℃에 근사한 값을 가지고 있어 열팽창계수차에 의한 문제점을 해결할 수 있다.

항절 강도는 3×4×35mm의 시편으로 4단자법을 측정하여 2200kg/mm²이상의 값을 나타내었고, 미세 경도는 Hv가 800~850kg/cm²값을 나타내었다.

결정립의 크기는 3㎛ 다이아몬드(Diamond)저립으로 경면 연마한 후 에칭을 행하여 조사하였다.

크기는 5um이하의 값을 나타내었다.

다음은 실시예를 따라 설명한다.

[실시예]

(표1)과 같은 조성 범위의 원료를 알루미나 볼밀에서 순수와 혼합하여 24시간 습식 밀링하여 건조한 후 대기 중에서 1000℃, 2시간 가소하였다.

다시 알루미나 볼 밀로 순수와 바인더 PVA를 넣고 60시간 밀링하고 건조후 체로 분급한 다음 200kg/cm²압력으로 40×50×15mm의 시편을 CIP로 성형하였다.

그리고 이것을 대기중 1350℃에서 3시간 소결하였다.

이중 일부를 대기 중에서 300kg/cm²의 압력으로 1250℃에서 3시간 핫 프레스(Hot Press)하여 시편을 얻어서 각각의 물성을 측정하였든 바(표1)과 같은 결과가 나타났다.

[실시예 2]

본 실시예는 MnO, NiO, TiO의 기본 조성에 (표2)와 같은 범위의 첨가제를 가하여 실시예 1과 같은 방법으로 시편을 제작하여 각각의 물성을 측정하였는바 (표2)와 같은 결과가 나타났다.

[실시예 3]

본 실시예는 첨가제 조성과 그 조성비를 실시예 2와 달리한 것으로 실시예1과 같은 방법으로 시편을 제작하여 각각의 물성을 측정하였든바, 그 결과는 (표3)과 같이 나타났다.

이상에서와 같이 본 발명의 자기 헤드용 비자성 세라믹 기판재료는 MnO, NiO, TiO를 주성분으로 하거나 여기에 첨가제로 AlO, YO, ZrO, CaO, TiO를 첨가한 것으로서 열팽창계수값이 120~150×10 /℃의 범위를 나타내기 때문에 금속자성박막과 비자성 세라믹 기판과의 열팽창계수차에 의한 금속자성박막의 박리, 쪼개짐, 깨짐 등의 결점 발생을 방지할 수도 있고 또 조직의 치밀화로 미세경도를 증가시켜 자기 헤드가 Tape주행시의 습동 내마모성을 향상시켜 자기 헤드의 수명을 연장시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 자기 헤드용 비자성 세라믹 기판은 고경도화, 장수명화가 요구되는 HD-VCR, Hi-8mm 캠코더 등의 영상 기록 재생용 자기 헤드에 적용되어 사용될 수 있다.

Claims (2)

1. MnO 15~45mol%, NiO 25~65mol%, TiO₂10~30mol%로 구성됨을 특징으로 하는 자기 헤드용 비자성 세라믹 기판재료.
2. 제1항에 있어서, MnO, NiO, TiO₂인 주성분에 Al₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂, CaO, SiO₂중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 0.5~5.0중량% 첨가하여 됨을 특징으로 하는 자기헤드용 비자성 세라믹 기판재료.